Các đặc tính cơ học, chẳng hạn như tính dễ uốn và độ dẻo, không áp dụng cho các nguyên tử đơn lẻ của bất kỳ nguyên tố nào vì các đặc tính cơ học phát sinh khi các nguyên tử liên kết. Loại, độ bền và hướng của các liên kết tạo thành này xác định các đặc tính cơ học của vật chất.
Liên kết cacbon-cacbon cộng hóa trị giữa hai nguyên tử cacbon liên quan đến sự tham gia của một, hai hoặc ba điện tử từ mỗi nguyên tử. Liên kết cacbon-cacbon đơn thường hình thành khi hai nguyên tử cacbon lai hóa và chia sẻ obitan sp3 của chúng. Liên kết đơn giữa các nguyên tử cacbon cũng có thể là kết quả của sự lai hóa obitan khác, ít phổ biến hơn, chẳng hạn như lai hóa sp2. Năng lượng gần đúng của một liên kết cacbon-cacbon đơn là 80 kilocaries /mol.
Hai nguyên tử cacbon cũng có thể liên kết đôi thông qua hai obitan lai hóa sp2 và hai obitan p không kết hợp. Năng lượng trung bình của liên kết tạo thành là 140 kilocaries /mol.
Các giá trị này đặc biệt cao so với các năng lượng liên kết nguyên tố khác, chẳng hạn như 38,4 kilocaries trên mol đối với liên kết nitơ-nitơ và 35 kilocaries trên mol đối với liên kết oxy-oxy. Carbon cũng có khả năng cung cấp, tạo thành các chuỗi dài, liên tục của các nguyên tử của chính nó. Độ bền liên kết liên nguyên tử cao và khả năng phân loại của cacbon mang lại cho nó các dạng đặc tính cơ học đặc biệt khác nhau. Các ống nano cacbon có mô đun Young theo lý thuyết là 1 tetrapascal và độ bền kéo từ 11 đến 63 gigapascal. Bản chất cộng hóa trị và tính hướng của liên kết cacbon-cacbon hạn chế tính dễ uốn và tính dẻo của các dạng thù hình cacbon.
